(57)【要約】【課題】大容量の電源、例えば火力発電所など、電力系統で主となる電源の調整能力が不足した場合に、風力発電装置の発電出力変動を抑制、もしくは発電出力上限を超えないように出力を調整し、損失を抑制し、自然エネルギーから得られる電力を最大限に利用する。【解決手段】風力発電装置の発電出力を検出し、検出した値が所定の発電出力範囲内である場合や、所定の発電出力上限を超えていない場合には、併設する蓄電システムをいつでも速やかに運転できる状態を保ったまま、制御装置を停止する制御手段を備えた。【選択図】図１
2007124780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置に併設する電力の吸収・放出が可能な蓄電システムにおいて、前記風力発電装置の発電出力を検出する手段と、検出した前記風力発電装置の発電出力が所定の範囲内にある場合に、前記蓄電システムを駆動する制御装置を停止する制御手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
風力発電装置に併設する電力の吸収・放出が可能な蓄電システムにおいて、前記風力発電装置の発電出力を検出する手段と、検出した前記風力発電装置の発電出力が所定の出力範囲を逸脱したことに応じて前記蓄電システムを起動する手段と、所定の範囲を上回る前記風力発電装置の発電出力が生じたことに応じて前記蓄電システムに充電動作を行わせるとともに、所定の範囲を下回る風力発電装置の発電出力が生じたことに応じて前記蓄電システムに放電動作を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項３】
請求項1または２において、前記蓄電システムを駆動する制御装置を停止する前記風力発電装置の発電出力の所定の範囲を、外部から入力するインターフェース手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記風力発電装置と前記蓄電システムの出力電力の和が、所定の範囲から逸脱しないように、前記蓄電システムの充・放電量を決定する制御手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項５】
風力発電装置に併設する電力の吸収・放出が可能な蓄電システムにおいて、前記風力発電装置の発電出力を検出する手段と、検出した前記風力発電装置の発電出力が所定の上限を超えていないことに応じて、前記蓄電システムを駆動する制御装置を停止する制御手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項６】
風力発電装置に併設する電力の吸収・放出が可能な蓄電システムにおいて、前記風力発電装置の発電出力を検出する手段と、検出した前記風力発電装置の発電出力が所定の上限を超えたことに応じて、前記蓄電システムに充電動作を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項７】
請求項５または６において、前記蓄電システムを駆動する制御装置を停止する前記風力発電装置の発電出力の上限を外部から入力するインターフェース手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかにおいて、前記風力発電装置と前記蓄電システムの出力電力の和が、所定の範囲から逸脱しないように、充電量を決定する制御手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、前記風力発電装置の発電出力の範囲もしくは発電出力の上限を、風速もしくは前記風力発電装置の発電出力の平均値に基づいて調整する範囲調整手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、系統に連系用変圧器を接続した状態で、前記蓄電システムを駆動する制御装置を停止する系統連系手段を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項１１】
請求項1〜１０のいずれかにおいて、可変速フライホィール等の機械的にエネルギーを蓄える蓄電要素を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項１２】
請求項1〜１０のいずれかにおいて、鉛電池、リチウムイオン電池、電気二重層コンデンサ、レドックスフロー電池、または超伝導電力貯蔵装置等の電気的にエネルギーを蓄える蓄電要素を備えたことを特徴とする蓄電システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の蓄電システムを併設し、前記風力発電装置の出力の変動範囲を所定の出力範囲もしくは所定の出力上限以下に抑制する出力抑制手段を備えたことを特徴とする風力発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の発電出力変動や発電出力上限を所望の範囲内に調整する蓄電システム及びこれを用いた風力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、風のエネルギーを羽で受け、回転エネルギーに変換して発電機の回転子に回転トルクを発生させる。このとき発生したトルクから電力を取り出し、電力系統に出力することで、風のエネルギーを電力に変換し、電力系統に接続される家庭や工場などの負荷に供給する。
【０００３】
風力発電装置は、風速の変動に伴って入力エネルギーが変化するために、時々刻々その発電出力が変化する。
【０００４】
電力系統は、需要の大きさに応じて発電設備を運転する量を調整しているため、需要の少ない時間帯には系統を維持する発電設備の運転台数が減少し、電力の需給バランスが崩れた場合に、系統の周波数を調整するための下げしろや出力余裕が少なくなる。このような時間帯に、前述のように発電出力変動を伴う多くの風力発電設備が運転している場合には、発電出力変動が大きくなり、前述の系統を維持する発電設備の下げしろや出力余裕の範囲を逸脱してしまう虞がある。これを防止するために、例えば、特許文献１に開示されたように、風力発電設備に蓄電設備を併設し、発電電力の変動を抑制する必要が生じる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１７２５７号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、風力発電装置の発電出力変動を抑制するために蓄電設備を併設し、発電出力の変動分を蓄電設備で充放電する際には、蓄電設備への電力の充電や放電に伴って、電力変換器の電気的損失が生じる。また、蓄電装置内部で発生する損失もあり、自然エネルギーを最大限有効に利用できていない欠点がある。
【０００７】
前記特許文献１では、発電出力変動の大小に関わらず、風力発電装置の出力電力を検出し、風力発電設備と蓄電設備の出力の和において変動が小さくなるように、常に蓄電設備を運転している。このため、電力変換器の損失や、蓄電池充放電損失のために、常に損失を発生しており、自然エネルギーを最大限有効に利用できるとは限らない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の主特徴とするところは、風力発電装置の出力電力を検出し、検出した出力電力が所定の範囲にある場合、もしくはある発電出力の上限を超えていない場合に、蓄電システムを駆動する制御装置を停止する制御手段を備えることである。
【０００９】
また、本発明の他の特徴とするところは、制御装置を停止する所定の発電出力範囲や発電出力の上限をその時点の風速もしくは、風力発電出力の大きさに応じて調整するインターフェース手段や範囲調整手段を備えることである。
【００１０】
さらに、本発明の他の特徴とするところは、風力発電装置の発電出力が所定の範囲を逸脱して変化した場合や、所定の上限値を超えた発電出力が生じた場合には、速やかに蓄電システムを駆動し、所定の範囲を逸脱しないように蓄電システムを充放電し、もしくは発電出力上限を超えて系統に出力しないように蓄電システムへの充放電量を決定する手段を備えることである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の望ましい実施態様によれば、風力発電装置の発電出力が所定の範囲もしくは所定の上限値以下である場合に蓄電システムの制御装置を停止するため、充放電用の電力変換器で生じる電気的損失の発生を抑制することができる。また、蓄電要素への充放電を抑制するので、蓄電池内部で発生する損失を抑制することができ、自然エネルギーを有効に利用することができる。
【００１２】
また、本発明の望ましい実施態様により、制御装置を停止する所定の発電出力範囲や発電出力の上限をその時点の風速もしくは、風力発電出力の大きさに応じて調整するためのインターフェース手段や範囲調整手段を備えた場合には、風の状況や電力系統の状況に応じて最適な発電出力範囲や発電出力上限を設定することができる。
【００１３】
さらに、本発明の望ましい実施態様によれば、風力発電装置の発電出力が所定の範囲を逸脱して変化した場合や、所定の上限値を超えた発電出力が生じた場合には、速やかに蓄電システムを駆動し、所定の範囲を逸脱しないように蓄電システムを充放電し、もしくは発電出力上限を超えて系統に出力しないように、蓄電システムへの充放電量を決定する。これによって、電力系統が許容できる変動の大きさ、もしくは発電出力の上限以下に出力を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明による望ましい実施例を図面を参照して説明する。本発明の望ましい実施例においては、風力発電装置の変動が許容できる所定の発電出力範囲内にある場合に、蓄電システムの制御装置を必要なときには速やかに運転できる状態で停止する。これにより、発生する損失を最小にする。また、許容できる発電出力範囲もしくは上限から逸脱した場合には、速やかに蓄電要素に充放電運転し、風力発電装置と蓄電システムの出力の和が、所定の範囲から逸脱もしくは上限を超えないように、蓄電システムの出力を制御する制御手段を備えた。
【実施例１】
【００１５】
まず、図１から図５を用いて、本発明による実施例１について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例１による蓄電システムの装置構成を示す単線結線図である。電力系統１に接続された風力発電装置１００と蓄電システム２００により構成する。
【００１７】
風力発電装置１００は、風を受けて回転するロータ１００−０２と、発電機１００−０１により構成され、交流遮断器１００−０４、１００−０５及び連系変圧器１００−０３を介して系統に接続している。発電機１００−０１は、ロータが風を受けることで発生する回転トルクを電力に変換するものである。誘導発電機や巻線型誘導発電機を電力変換器で可変速駆動する場合もあるし、同期発電機や永久磁石発電機を用いて発電したり、電力変換器を用いて可変速駆動する場合もある。
【００１８】
風力発電装置１００は、風速変動に伴って発電機トルクが変動するため、発電出力には大きな変動成分が含まれる。
【００１９】
蓄電システム２００は、複数の二次電池セル２００−０２−０１を組み合わせた二次電池２００−０２を有しており、蓄電池を充放電することで電気エネルギーを蓄積・放出できる。電池セルとしては、鉛電池やリチウムイオン電池、電気二重層コンデンサ、レドックスフロー電池、超伝導電力貯蔵装置等の直流電力を蓄積・放出できる蓄電要素を用いることができる。
【００２０】
制御装置２００−０１は、複数のスイッチング素子で構成された電力変換器であり、コントローラ２００−２０からの信号ＰＬ及びＧＢを受けて交流電力を直流に変換し、直流遮断器２００−０５を介して二次電池に電気エネルギーを蓄積・放出する。また、制御装置２００−０１の交流出力は、交流遮断器２００−０４及び変圧器２００−０３を介して電力系統１に接続している。
【００２１】
シーケンス制御装置２００−３０は、蓄電システムの運転・停止等の状態制御や運転状態に応じて交流遮断器２００−０４、直流遮断器２００−０５を投入、遮断する機能を有するものである。シーケンス制御装置２００−３０は、制御装置２００−０１の出力状態に関わらず、蓄電システム２００の運転中には、交流遮断器２００−０４を投入した状態に保っている。
【００２２】
蓄電システム２００に入力している外部信号ＣＯＭＭは、電力系統の状態に応じて許容される発電出力範囲や、発電出力上限などの、制御に必要な指令である。
【００２３】
風力発電装置電力検出部２００−１０は、電圧検出器ＰＴＬで検出した風力発電装置連系点の電圧ＶＬと電流検出値ＣＴＬで検出した風力発電連系点電流ＩＷから、風力発電装置の発電出力ＰＷを求める。発電出力ＰＷは、たとえば検出した３相の電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及び検出した３相の電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを用いて（１）式から（３）式により演算することができる。
【００２４】
【数１】
2007124780.tif 000003
【００２５】
【数２】
2007124780.tif 000004
【００２６】
【数３】
2007124780.tif 000005
【００２７】
風力発電装置の電圧や電流は、連系変圧器１００−０３の系統側ではなく、発電機１００−０１側から検出しても良い。
【００２８】
コントローラ２００−２０は、電流検出器ＣＴＢにより制御装置２００−０１の交流出力電流ＩＢ、電圧検出装置ＰＴＢにより連系電圧ＶＢを検出し、制御装置２００−０１を駆動する信号ＰＬ及びＧＢを出力する。コントローラ２００−２０の詳細動作については後述する。
【００２９】
次に、図２を用いて制御装置２００−０１の詳細を説明する。
【００３０】
図２は、本発明の１実施例による蓄電システムにおける制御装置２００−０１の詳細構成図である。
【００３１】
制御装置２００−０１は、複数のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２から構成されており、制御信号ＰＬ及びＧＢにより駆動される。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体素子とダイオードを逆並列接続体を使うことができる。制御信号ＰＬは、それぞれの素子のオン／オフ状態を決める複数の信号であり、ドライブ回路２００−０１−０１で制御信号ＧＢと合成する。制御信号ＰＬは、コントローラ２００−２０により作成され、上下に対になったスイッチング素子Ｓ１１とＳ１２、Ｓ２１とＳ２２、Ｓ３１とＳ３２を相対駆動する。すなわち、どちらか一方をオンとし、他方をオフとすることで、直流（ＤＣ）側の電圧を交流（ＡＣ）側にパルス状に出力し、実効値が交流となる出力電圧を作成し、交流（ＡＣ）側の出力電流を制御する。制御信号ＧＢは、全ての素子の制御信号ＰＬとＡＮＤ演算することで、全てのスイッチング素子をオフする機能を有する信号である。制御装置２００−０１は、スイッチング素子を６つ用いた構成だけではなく、一般に直流電力を交流電力に変換することができ、双方向に電力を通過させることができる電力変換器を用いることができる。
【００３２】
次に、図３を用いてコントローラ２００−２０について詳細を説明する。
【００３３】
図３は、本発明の１実施例による蓄電システムにおけるコントローラ２００−２０の詳細構成図である。
【００３４】
外部信号ＣＯＭＭから得られる指令は、風力発電装置出力上限ＰＭａｘ、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎである。風力発電装置出力上限ＰＭａｘは、系統に影響を与えない最大の風力発電装置出力値を与えるもので、風力発電装置の発電出力と蓄電システムの出力の和がこの値を超えないように、蓄電システムの出力電力を決定する。発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎは、その時点において許容できる電力変動の上限と下限を決めるものである。これにより、風力発電装置の発電出力と蓄電システムの出力の和が、この上限と下限の間に入るように蓄電システムの出力を決定すれば、発電システムの電力変動を所定の範囲内に抑えることができる。風力発電装置電力検出部２００−１０から得られる風力発電装置出力電力ＰＷと、前述の風力発電出力上限ＰＭａｘ、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎを演算して、上記の要求を満たす蓄電システム出力電力指令ＰＣＯＭＭを決定する。
【００３５】
演算器Ｐｓは、入力信号が正の場合は入力をそのまま出力し、入力信号が負の場合は出力を０とする。演算装置Ｎｓは、逆に入力信号が負の場合は入力をそのまま出力し、入力信号が正の場合は出力を０とする。また、演算器Ｍａｘは二つの入力のうち大きい方の入力値を出力するものである。これらの演算器を用いた演算により、風力発電装置出力上限ＰＭａｘを超えた風力発電装置の発電出力分と、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘを超えた風力発電装置の発電出力分の大きな値を、充電指令値（正符号の指令値）として用いる。一方、発電出力範囲の下限ΔＰｍｉｎを下回った風力発電出力分を、放電指令値（負符号の指令値）として、蓄電システム出力電力指令ＰＣＯＭＭとすることができる。
【００３６】
ゲート制御装置２００−２０−０４は、蓄電システム出力電力指令ＰＣＯＭＭが０である間、制御信号ＧＢとして０を出力し、全てのスイッチング素子をオフ状態とする。これにより、蓄電システムが充放電する必要の無い時、すなわち、蓄電システム出力指令値ＰＣＯＭＭ＝０のときに、電力変換器のスイッチングを停止することができ、発生損失を低減することができる。
【００３７】
蓄電システム出力電力検出器２００−２０−０１は、蓄電システムの電流検出値ＩＢ及び連系電圧検出値ＶＢを用いて、（１）式から（３）式と同様にして、蓄電システム出力ＰＢを演算する。このとき、蓄電要素に充電する方向を正にとり、放電する方向を負に取ることで、前述の蓄電システム出力電力指令と矛盾しない出力電力を検出することができる。
【００３８】
電力制御装置ＡＰＲは、前述の蓄電システム出力指令値ＰＣＯＭＭと検出した蓄電システム出力ＰＢの誤差を０とするように有効分電流指令値Ｉｐｓを決定する。この電力制御装置ＡＰＲは、上記の誤差を入力するＰＩ制御装置等で構成することができる。
【００３９】
電流検出装置２００−２０−０２は、蓄電システムの連系電圧検出値ＶＢと蓄電システムの電流検出値ＩＢから蓄電システムの有効分電流成分検出値Ｉｐｆｂ及び無効分電流成分検出値Ｉｑｆｂを検出する。この電流検出装置２００−２０−０２は、位相検出手法としてよく知られているＰＬＬ（位相追従制御方式）やＤＦＴ（離散フーリエ変換を用いた基本波位相検出方法）を用いて連系点電圧の位相（Ｔｈ）を検出し、これを出力する。また同時に、検出電流を連系電圧と同一方向を向く電流成分（有効分電流）と、連系電圧と直交する方向を向く電流成分(無効分電流)の２軸に変換するｄｑ演算を行い、検出した有効分電流成分検出値Ｉｐｆｂ及び無効分電流成分検出値Ｉｑｆｂを出力する。
【００４０】
有効分電流制御器ｐ−ＡＣＲは、有効分電流指令値Ｉｐｓと蓄電システムの有効分電流成分検出値Ｉｐｆｂの誤差を０とするように、有効分出力電圧指令値Ｖｐｓを決定する制御装置である。また、無効分電流制御器ｑ−ＡＣＲは、無効分電流指令値Ｉｑｓと蓄電システムの無効分電流成分検出値Ｉｑｆｂの誤差を０とするように無効分出力電圧指令値Ｖｑｓを決定する制御装置である。これらの制御装置としては、上記の誤差を入力とするＰＩ制御装置等で構成することができる。
【００４１】
出力電圧演算装置２００−２０−０３は、直交する２軸の電圧指令値である有効分出力電圧指令値Ｖｐｓと無効分出力電圧指令値Ｖｑｓを、連系点電圧の位相Ｔｈを用いて回転変換して３相の交流電圧指令を作成する。この作成には、次の（４）式を用いる。
【００４２】
【数４】
2007124780.tif 000006
【００４３】
ＰＷＭ制御装置ＰＷＭは、交流電圧指令からスイッチング素子をオン／オフする制御信号ＰＬを作成するもので、制御装置２００−０１の構成に応じたスイッチング素子のオン／オフ状態を決定するパルスパターンを出力する。パルスパターンを決定するために、まず、前述のＶｓと三角波を比較して交点でオン／オフを切り替える三角波比較方式を用いることができる。また、現在のパルスパターンから出力電圧ベクトルを決定し、次回のスイッチングタイミングで出力する電圧ベクトルからパルスパターンを決定する、いわゆる空間ベクトルを用いる方法で制御信号を作成しても良い。
【００４４】
次に、図４及び図５を用いてこのように構成した蓄電システムの動作を説明する。
【００４５】
図４は、本発明の実施例１による蓄電システムにおける風力発電装置の出力特性から得られる発電出力説明図である。
【００４６】
図４の横軸は、風速ｕを表し、縦軸は風力発電装置の発電電力ＰＷを表している。定格風速ｕｎより風速が強い場合は、風力発電装置は、ブレードのピッチ角度を調節して一定出力になるように機械的に入力トルクを調整する機構をもつ。この場合、定格風速より風速が強い場合には、出力変動はピッチ制御により抑制され、発電出力の変動は少なくなる。従って、風力発電装置の最大出力を制限する必要が無い場合は、風力発電装置の出力上限ＰＭａｘを定格出力Ｐｎに設定しておけば、定格風速以上の風が吹いた場合には蓄電システムのスイッチングを停止し、損失を低減することができる。
【００４７】
風力発電装置の最大出力を制限する必要がある場合、風力発電装置出力上限ＰＭａｘを図に示すように設定する。これにより、風速がｕｍａｘより強くなり、風力発電装置の発電出力が大きくなると、風力発電装置の発電出力とＰＭａｘの差分を蓄電システムが充電し、風力発電装置と蓄電システムの出力の和を、ＰＭａｘに抑える。
【００４８】
風力発電装置の発電出力範囲を制限する必要が無い場合は、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘを風力発電装置の定格出力Ｐｎ、下限ΔＰｍｉｎを０に設定しておく。これにより、全ての風速において、風力発電装置の発電出力が所定の範囲を外れることが無く、蓄電システムのスイッチングを停止し、損失を低減することができる。前述の風力発電装置出力上限ＰＭａｘ及び発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘを設定することで、風力発電装置と蓄電システムの出力の和が、風力発電システムの定格出力を超えないように調整することができる。すなわち、突風などでブレードのピッチ角度の調節が間に合わず、風力発電装置の発電出力が急に増大した場合でも、蓄電システムが動作することによって、風力発電装置と蓄電システムの出力の和が、風力発電システムの定格出力を超えることはない。
【００４９】
風力発電装置の最大出力を制限する必要がある場合、その時点の平均風速をｕｃとすると、風速は平均風速ｕｃより弱い風速ｕ０と平均風速ｕｃより強い風速ｕ１の間で変動する。このとき、風力発電装置の発電出力は、出力特性上でほぼＰ０からＰ１の間で変動する。ここで、平均風速における発電出力Ｐｃを中心として（５）式（ｋ＝０から１）のように発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎを設定する。これにより、風力発電装置の発電出力変動に対して、風力発電装置の発電出力と蓄電システムの出力の和を、比率ｋで設定した比率の範囲内とすることができる。なおかつ、風力発電装置の出力が所定の範囲内にある場合は、蓄電システムのスイッチングを停止し、損失を低減することができる。
【００５０】
ΔＰｍａｘ＝Ｐｃ＋（Ｐ１−Ｐｃ）×ｋ
ΔＰｍｉｎ＝Ｐｃ＋（Ｐ０−Ｐｃ）×ｋ・・・・・・・・（５）
図５は、本発明の実施例１による蓄電システムの動作説明図である。図では、横軸に時間Ｔをとり、風力発電装置の発電出力ＰＷ及び風力発電装置出力上限ＰＭａｘ、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎ、風力発電装置の平均出力Ｐｃの動きを示した。風力発電装置の発電出力が、その出力上限ＰＭａｘ、またはその出力範囲の上限ΔＰｍａｘを超えたとき、超えたハッチングの部分の電力を蓄電システムで吸収する。他方、風力発電装置の発電出力が、その出力範囲の下限ΔＰｍｉｎを下回ったとき、蓄電システムから電力を放出して、塗りつぶしパターン部分の電力を補う。これにより、風力発電装置と蓄電システムの出力の和を、所定の変動範囲、及び所定の最大出力以下に抑えることができる。このとき、蓄電システムがスイッチングして運転しているのは、図の下部に示したＧＢの部分を塗りつぶしパターンの時間帯のみであり、この間、蓄電システムが電力を吸収もしくは放出している。風力発電装置の発電出力が所定の範囲内にある場合には、スイッチングを停止しているので、損失を低減することができる。図では、風力発電装置の平均出力及び発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎを変化させている。しかし、風速計で測定した平均風速や風力発電装置の出力電力を適切な時定数を持つフィルタで平滑化してこれらの値を決定し、外部装置から外部信号ＣＯＭＭとして入力すれば、蓄電システムの制御特性を調整することが可能である。
【００５１】
以上のように構成した蓄電システムを風力発電装置に併設すれば、許容できる所定の範囲内に風力発電装置の発電出力変動や最大出力が収まっている間は、蓄電システムはスイッチングすることなく待機している。しかし、連系用遮断器２００−０４を遮断せずに待機しているため、風力発電出力が範囲を逸脱した場合には、速やかに、蓄電システムが動作し、出力変動を抑制することができる。
【実施例２】
【００５２】
次に、図６を用いて本発明の実施例２について説明する。
【００５３】
図６は、本発明の実施例２による蓄電システムにおけるコントローラ２００−２０の詳細構成図である。図３と同一符号は同一部分を表しているので説明を省略する。
【００５４】
図６では、風力発電装置出力上限ＰＭａｘ、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎは、外部信号から得るのではなく、制限値設定装置２００−２０−１０で作成している。入力信号ＰＲは、風速計により計測した風速や風力発電装置の発電出力、またはカレンダ情報や時計等の時間情報を用いることができる。図４、図５で説明したように、任意の時定数を持つフィルタで、風速検出値や風力発電装置の発電出力検出値を平準化する。これにより、平均風速ｕｃや平均発電出力Ｐｃを求め、たとえば（５）式から得られるように、発電出力範囲の上限ΔＰｍａｘ及び下限ΔＰｍｉｎを決定することができる。比率ｋを時間情報で変化させ、系統を維持する発電設備の運転台数が少ない夜間には発電出力の抑制比率を大きくすることで、より詳細な調節が可能である。風力発電装置出力上限ＰＭａｘは、時間情報に基づいて、例えば夜間にはＰＭａｘを小さくする等のテーブル情報を予め設定しておくことで、自動的な設定が可能である。
【００５５】
このように構成した蓄電システムによれば、外部から発電出力範囲に関する指令を与えることなく、風力発電装置の出力特性に応じて発電出力変動を所定の比率の範囲内に抑制したり、最大出力を所定の上限値以下に抑制することができる。
【００５６】
このように、風力発電装置の出力特性を考慮して発電出力変動を抑制できる蓄電システムを風力発電装置に併設した少なくとも１基の風力発電装置で風力発電所を構成すれば、風力発電機の周辺の風況の変化に対応して発電出力範囲を自動的に調整できる。したがって、蓄電システムの制御装置の運転時間を最小限として、最大限に自然エネルギーを利用でき、かつ電力系統に与える出力電力の変動を所望の範囲に抑えるように、風力発電所を構成することができる。
【実施例３】
【００５７】
次に、図７を用いて本発明の実施例３について説明する。
【００５８】
図７は、本発明の実施例３による蓄電システムの装置構成を示す単線結線図であり、図１と同一符号は同一部分を表わすので説明を省略する。
【００５９】
図７に示す実施例では、エネルギー蓄積要素として、二次電池等の電気的にエネルギーを蓄積する要素ではなく、機械的にエネルギーを蓄積する要素を用いている。
【００６０】
蓄電システム３００は、フライホィール装置３００−０２を備えている。フライホィール装置３００−０２は、ジェネレータ／モータ３００−０２−０１と、慣性エネルギーを増加させるフライホィール３００−０２−０２から構成され、回転速度を変化させることでエネルギーの出し入れを行う。ジェネレータ／モータ３００−０２−０１としては、巻線型誘導機や、同期機、誘導機、あるいは永久磁石型交流電機などを用いることができる。
【００６１】
制御装置３００−０１は、電力系統１の固定周波数に対して、フライホィール装置３００−０２側に可変周波数の交流を出力することで、回転機を可変速駆動するものである。電気エネルギーを蓄積する場合には、フライホィール装置の回転速度を増加して慣性エネルギーとして蓄え、一方、電気エネルギーを放出する場合には、フライホィール装置の回転速度を減少させて慣性エネルギーを放出する。
【００６２】
このように、回転機の慣性エネルギーに電力を蓄えるフライホィール等のエネルギー蓄積要素を用いることにより、経時変化による化学変化等の影響を受けず、長期に亘って、エネルギー蓄積要素を交換すること無しに使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明による蓄電システムは、風力発電装置に併設する他、入力エネルギー制御が困難で出力電力が変動する太陽光発電などに併設することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１による蓄電システムの装置構成を示す単線結線図。
【図２】本発明の実施例１による蓄電システムにおける制御装置２００−０１の詳細構成図。
【図３】本発明の実施例１による蓄電システムにおけるコントローラ２００−２０の詳細構成図。
【図４】本発明の実施例１による蓄電システムにおける風力発電装置の出力特性から得られる発電出力説明図。
【図５】本発明の実施例１による蓄電システムの動作説明図。
【図６】本発明の実施例２による蓄電システムにおけるコントローラ２００−２０の詳細構成図。
【図７】本発明の実施例３による蓄電システムの装置構成を示す単線結線図。
【符号の説明】
【００６５】
１…電力系統、１００…風力発電装置、１００−０１…発電機、１００−０２…ロータ、２００…蓄電システム、２００−０１…制御装置、２００−０２…二次電池、２００−１０…風力発電装置電力検出部、２００−２０…コントローラ、２００−３０…シーケンス制御装置、３００…蓄電システム、３００−０１…制御装置、３００−０２…フライホィール装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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